FR2944832A1 - Moteur rotatif a air equipe de pales coulissantes - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un moteur comprenant un corps formant stator (1) qui délimite une chambre dite de cylindre (2), et un rotor (3) présentant un corps (30) cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre (2). La paroi (20) de la chambre de cylindre (2) est multilobée et chaque lobe forme avec le corps du rotor (3) une cavité dite de travail (4, 5, 6) pourvue de moyens d'admission (41) de gaz et de moyens d'échappement (43) de gaz. Le rotor (3) comprend une pluralité de pales (31) qui s'étendent radialement en direction de la paroi (20) de la chambre de cylindre (2), et qui sont montées mobiles à coulissement radialement. Selon l'invention, le moteur comprend des moyens de chauffage (7) des cavités de travail (4, 5, 6) permettant au gaz admis dans les cavités de travail (4, 5, 6) de s'expanser pour faire tourner le rotor (3).

Description

La présente invention concerne de manière générale les moteurs rotatifs.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur comprenant un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, et un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre. La paroi de la chambre de cylindre est une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail pourvue de moyens d'admission de gaz et de moyens d'échappement lo de gaz. Le rotor comprend une pluralité de pales qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor. 15 On connaît de l'état de la technique et notamment du document EP-1.272.737 un moteur tel que décrit ci-dessus. Cependant, le moteur décrit dans le document EP-1.272.737 fonctionne par alimentation en air comprimé des cavités de travail de sorte que les pales sont entrainées en rotation par la 20 pression exercée par ledit air comprimé. Les performances de tels moteurs à air comprimé sont limitées et la compression de l'air à introduire dans les cavités de travail nécessite une énergie importante.
La présente invention a pour but d'améliorer les performances d'un tel moteur. 25 A cet effet, l'invention a pour objet un moteur comprenant : - un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, - un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre, 30 la paroi de la chambre de cylindre étant une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail pourvue de moyens d'admission de gaz et de moyens d'échappement de gaz, le rotor comprenant une pluralité de pales qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor, caractérisé en ce que le moteur comprend des moyens de chauffage des cavités de travail permettant au gaz admis dans au moins l'une des cavités de travail de s'expanser pour faire tourner le rotor.
Il a été constaté que cet agencement particulier du moteur utilisant des cavités io de travail réparties angulairement autour de l'axe d'un rotor formant piston, permet d'accroitre les performances du moteur et de réduire le niveau sonore dudit moteur. La présence des moyens de chauffage des cavités de travail permet de concevoir un moteur dit à air chaud, ou encore moteur de type Stirling, qui offre des performances importantes. 15 Un tel moteur exploite la différence de température entre la température du gaz admis et la température de la cavité de travail de sorte que le gaz admis, dans un milieu de température supérieure à la température d'admission dudit gaz, s'expanse et fait tourner le rotor, conformément à la loi des gaz. 20 La structure particulière utilisée, à savoir la présence d'un piston rotatif et la forme lobée des cavités de travail réparties autour de l'axe de rotation du piston, permet d'exploiter de manière optimale l'énergie dégagée par l'expansion du gaz chaud dans la cavité de travail qui fait tourner les pales du 25 rotor. En particulier, une telle structure permet en un cycle, c'est-à-dire pour un tour complet du piston, de déclencher plusieurs expansions de gaz autour de l'axe de rotation ce qui permet de bénéficier d'une puissance importante. Le couple obtenu peut être équilibré du fait de la possibilité de réaliser l'expansion du gaz à différentes positions autour de l'axe de rotation du moteur. 30 Un tel moteur est très économe en énergie et présente un très haut rendement. Ce moteur est également léger et très compact. Sa configuration particulière permet de libérer du volume exploitable, par exemple pour le stockage de batteries, notamment dans le cas d'un fonctionnement hybride dudit moteur avec un moteur électrique.
Un tel moteur selon l'invention comporte peu de pièces en mouvement et se s révèle ainsi facile à fabriquer. En particulier, le moteur selon l'invention permet de se passer de soupapes de fermeture et d'ouverture au niveau des moyens d'admission et d'échappement.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdits moyens de 10 chauffage des chambres de travail sont formés par un circuit de circulation de fluide qui est ménagé dans le corps du stator à proximité des cavités de travail et qui, de préférence, entoure la chambre de cylindre.
Une telle conception des moyens de chauffage permet de chauffer par 15 conduction les cavités de travail du moteur et offre la possibilité de chauffer de manière homogène lesdites cavités de travail. Le fait de ménager un circuit de circulation de fluide dans le corps du stator permet de faire circuler un fluide dans ledit circuit à une température choisie de manière à obtenir la température souhaitée dans les cavités de travail à côté desquelles ledit circuit de circulation 20 de fluide s'étend. En outre, une telle conception des moyens de chauffage permet, comme expliqué ci-après, de récupérer les calories d'un fluide issu d'un autre dispositif, par exemple les calories évacuées par le circuit de refroidissement d'un moteur à explosion ou les calories dégagées par les gaz d'échappement d'un tel moteur. 25 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le corps du rotor est inscrit dans la chambre de cylindre. Grâce à une telle définition des cavités de travail entre la paroi de la chambre de cylindre et le corps de cylindre qui est inscrit dans la chambre de cylindre, le corps du rotor isole les cavités de travail 30 les unes par rapport aux autres. Le gaz admis dans la cavité de travail exerce lors de son expansion une pression sur la pale qui définit en partie, d'un côté de la cavité de travail, une chambre de travail dans laquelle est admis ledit gaz. Ladite pale est alors poussée du côté opposé de la cavité vers les moyens d'échappement.
Avantageusement, pour chaque cavité de travail, les moyens d'admission sont situés à proximité d'une extrémité de la base du lobe formé par ladite cavité, de sorte que le gaz est admis dans la chambre de travail formée par un sous-volume de la cavité de travail et délimitée entre, d'une part, une pale qui s'étend dans la cavité de travail en aval des moyens d'admission et, d'autre part, soit une pale située en amont des moyens d'admission, soit la zone d'extrémité de la base du lobe, à proximité de laquelle se situent les moyens lo d'admission, qui jouxte le corps du rotor. Les notions d'amont et d'aval sont définies par rapport au sens de rotation des pales.
Ainsi, l'expansion du gaz admis d'un côté de la cavité de travail exerce un effort sur la pale correspondante pour la faire tourner en direction de l'autre côté, 15 c'est-à-dire vers les moyens d'échappement. La configuration en lobe de la cavité de travail permet de s'assurer que la pale aval, au moment de l'expansion du gaz présente une hauteur plus importante que la pale amont lorsque celle-ci est également présente dans la cavité de travail, ce qui permet de s'assurer que le rotor tourne toujours dans le même sens. 20 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la paroi multi-lobée de la chambre de cylindre présente trois lobes décalés angulairement de 120° par rapport à l'axe de rotation du rotor.
25 La répartition régulière des cavités de travail autour de l'axe de rotation permet d'équilibrer le couple transmis à l'arbre moteur - formé par le corps de rotor - par l'expansion du gaz et ainsi de bénéficier d'une rotation fiable, régulière et équilibrée dudit rotor.
30 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdites pales sont équipées de moyens de rappel en position sortie par rapport au corps du rotor de sorte que lesdites pales sont maintenues en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor. 4 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit corps cylindrique du rotor comprenant une cavité, de préférence centrale et axiale, et une pluralité de logements radiaux ouverts à l'extérieur dudit corps et débouchant dans ladite cavité dudit corps, lesdites pales sont montées coulissantes à l'intérieur des logements radiaux et lesdits moyens de rappel sont formés par un volume d'huile occupant ladite cavité dudit corps cylindrique du rotor, ledit volume d'huile étant apte à se répartir dans chacun desdits logements en fonction de la position de la pale correspondante.
L'invention concerne également un ensemble comprenant plusieurs moteurs, dont au moins un des moteurs est tel que décrit ci-dessus. Les moteurs sont alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants, lesdits rotors des moteurs étant couplables et de préférence désacouplables les uns par rapport 15 aux autres.
Selon une caractéristique avantageuse dudit ensemble selon l'invention, au moins deux des moteurs sont configurés de telle sorte que les lobes de la chambre de cylindre d'un moteur soient décalés angulairement par rapport aux 20 lobes de la chambre de cylindre de l'autre moteur d'un angle sensiblement égal à la moitié de l'angle pris entre les sommets de deux lobes successifs de l'un quelconque desdits moteurs.
Selon une caractéristique avantageuse dudit ensemble selon l'invention, ledit 25 ensemble étant équipé de moyens de pilotage des moyens d'admission de gaz, lesdits moyens de pilotage sont configurés pour exécuter un cycle de fonctionnement selon lequel le gaz admis s'expanse simultanément dans une cavité de travail d'un moteur et dans la cavité de travail de l'autre moteur qui est diamétralement opposée et décalée axialement par rapport à l'axe de 30 rotation.
Selon un mode de réalisation particulier dudit ensemble selon l'invention, du type dans lequel le gaz admis est de l'air, ledit ensemble comprend en outre un moteur, dit moteur à explosion, comprenant : - un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, - un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre, la paroi de la chambre de cylindre étant une paroi mufti-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail, le rotor comprenant une pluralité de pales qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps lo du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor, au moins une, de préférence chaque, cavité de travail étant pourvue, d'une part, de moyens d'admission d'air, et de moyens d'injection de carburant pour former dans ladite cavité de travail un mélange combustible, et, d'autre part, de is moyens d'échappement des gaz brulés.
Les moyens de chauffage du moteur à air sont configurés pour récupérer au moins une partie des calories issues de l'explosion du mélange combustible dans les cavités de travail du moteur à explosion. De préférence, les moyens 20 d'admission d'air du moteur à explosion sont configurés pour récupérer l'air évacué par les moyens d'échappement du moteur à air. Lesdits moteurs sont de préférence alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants et lesdits rotors sont de préférence couplables et désacouplables.
25 L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale du moteur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du moteur selon l'invention équipé d'un rotor à six pales; 30 - la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale du moteur selon l'invention équipé d'un rotor à huit pales ; - la figure 4 est une vue éclatée en coupe transversale d'un rotor à huit pales du moteur selon l'invention ; - la figure 5 est une vue de face d'une pale du rotor du moteur selon l'invention, - la figure 6 est une vue de dessus d'une pale du rotor dont l'extrémité externe est équipée de galets ; - la figure 7 est une vue de l'extrémité externe d'une pale, selon une variante de réalisation, équipée d'une roue dentée qui coopère avec des moyens de guidage complémentaires situés sur la paroi de la chambre de cylindre ; - la figure 8 est une vue en coupe transversale du stator du moteur dépourvu du rotor ; - la figure 8A est une vue selon la coupe AA de la figure 8 ; lo - la figure 9 est une vue en coupe longitudinale du moteur selon l'invention dont le rotor est associé à un circuit d'huile sous pression qui rappelle les pales en contact avec la paroi de la chambre de cylindre ; - la figure 10 est une vue en coupe transversale du moteur selon l'invention montrant le volume d'huile qui communique avec les logements des pales ; 15 - la figure 11 est un schéma illustrant la conception géométrique de la forme de la chambre de cylindre du moteur selon l'invention ; - la figure 12 est une vue schématique de côté d'un ensemble de motorisation formé de deux moteurs selon l'invention alignés selon l'axe de rotation des rotors et dont les cavités de travail sont décalées angulairement d'un moteur à 20 l'autre.
En référence aux figures et comme rappelé ci-dessus, l'invention concerne un moteur comprenant un corps formant stator 1 qui délimite une chambre dite de cylindre 2, et un rotor 3 présentant un corps 30 cylindrique monté mobile à 25 rotation autour de son axe A3 à l'intérieur de ladite chambre de cylindre 2. Ledit corps cylindrique présente une section transversale circulaire. Ladite section transversale est prise par rapport à l'axe A3 de rotation du rotor.
Comme illustré à la figure 9, le corps 30 est également équipé de flasques 11 30 avant et arrière fixés sur les côtés opposés du corps de stator 1 qui définit la chambre de cylindre 2. Lesdits flasques 11 s'étendent transversalement à l'axe A3 de rotation du rotor 3.
La paroi 20 de la chambre de cylindre 2 est une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor 3 une cavité dite de travail 4, 5, 6 pourvue de moyens d'admission 41 de gaz et de moyens d'échappement 43 de gaz.
s Le rotor 3 comprend une pluralité de pales 31 permettant de délimiter des chambres de travail 21, 22, 23 dans les cavités de travail 4, 5, 6. Préférentiellement, le rotor comprend deux, quatre, six ou huit pales. Lesdites pales 31 s'étendent radialement par rapport audit axe A3 de rotation, en direction de la paroi 20 de la chambre de cylindre 2, et sont montées mobiles à lo coulissement radialement par rapport au corps 30 du rotor 3 de telle sorte que chaque pale 31 est apte à être maintenue en contact avec la paroi 20 de la chambre de cylindre 2 au cours de la rotation du rotor 3.
La chambre 2 s'étend angulairement autour de l'axe A3 de rotation du rotor et 15 longitudinalement parallèlement audit axe de rotation. La paroi 20 de la chambre de cylindre 2 qui est balayée par les pales 31 correspond à la paroi définie par une génératrice qui s'étend suivant une direction parallèle à l'axe A3 de rotation du rotor 3, autour dudit axe A3, et qui suit un tracé multi-lobé ou formé par une succession de lobes. 20 Lesdites chambres de travail 21, 22, 23 sont définies entre deux pales 31 successives en coopération avec le corps 30 du rotor et la paroi 20 de la chambre de cylindre. Lorsque l'une des pales est escamotée à l'intérieur du corps du rotor 3, la chambre correspondante est délimitée par l'autre pale et la 25 zone où se jouxtent ladite paroi de la cavité de travail 4, 5, 6 et la paroi extérieure du corps 30 du rotor, c'est-à-dire la zone située au niveau d'une extrémité de la base du lobe formé par la cavité de travail 4, 5, 6 correspondante comme illustré à la figure 2.
30 Les chambres de travail 21, 22, 23 définies entre deux pales se déplacent autour de l'axe de rotation du fait de la rotation du rotor et présentent un volume variable du fait du coulissement des pales radialement à l'axe du rotor pour suivre la paroi 20 de chambre 2 de cylindre.
Chaque cavité de travail 4, 5, 6 est pourvue, d'une part, de moyens d'admission 41 de gaz, ici de l'air, et, d'autre part, de moyens d'échappement 43 des gaz.
De manière caractéristique à l'invention, le moteur comprend des moyens de chauffage 7 des cavités de travail 4, 5, 6 permettant au gaz admis dans les cavités de travail 4, 5, 6 de s'expanser pour faire tourner les pales du rotor 3.
Les moyens d'admission 41 de chaque cavité de travail sont formés par un io canal qui débouche dans la cavité de travail correspondante et dont la paroi interne est munie d'un isolant 42 thermique pour isoler thermiquement l'air à admettre par rapport aux moyens de chauffage.
Les moyens de chauffage sont configurés pour chauffer les cavités de travail à 15 une température supérieure à celle de l'air admis de telle sorte que l'air admis dans la cavité de travail, à une température inférieure à celle de ladite cavité de travail chauffée par lesdits moyens de chauffage, s'expanse en poussant une pale qui s'étend dans ladite cavité, de manière à entrainer en rotation le rotor.
20 L'air introduit dans chaque cavité de travail par les moyens d'admission d'air du moteur à air est de préférence de l'air comprimé. Dans le cas où ledit air arrive non comprimé, il est prévu d'amorcer la rotation du rotor par un système extérieur tel qu'un alternateur.
25 Dans l'exemple illustré aux figures, lesdits moyens de chauffage 7 des chambres de travail 4, 5, 6 sont formés par un circuit de circulation de fluide qui est ménagé dans le corps du stator à proximité des cavités de travail et qui, de préférence, entoure la chambre de cylindre 2. On peut également prévoir comme détaillé ci-après que les moyens de chauffage soient configurés pour 30 récupérer les calories dégagées par le circuit de refroidissement et/ou les gaz d'échappement d'un moteur à explosion. Ledit fluide qui parcourt le circuit de chauffage peut être un fluide caloporteur qui récupère des calories dégagées par une source chaude, telle qu'un moteur à explosion. On peut prévoir que le 2944832 i0 moteur à air selon l'invention soit configuré pour permettre la circulation du fluide du circuit refroidissement ou les gaz d'échappement issus du moteur à explosion.
5 En variante, les moyens de chauffage peuvent être formés par des résistances électriques disposées dans lesdites chambres de travail.
L'air frais entrant dans une partie de la cavité chauffée voit son volume augmenter proportionellement à la différence de température entre sa propre io température et celle de la cavité de travail, de telle sorte qu'il pousse la pale qui évacue l'air chaud dans l'autre partie de la cavité de travail du côté des moyens d'échappement.
Les moyens d'admission 41 comprennent au moins une entrée de gaz 15 débouchant dans chaque cavité de travail 4, 5, 6. Les moyens d'échappement 43 comprennent au moins une sortie de gaz débouchant dans chaque cavité de travail 4, 5, 6. Avantageusement, comme illustré aux figures, les moyens d'admission 41 et les moyens d'échappement sont situés à proximité des extrémités opposées de la base du lobe formé par la cavité de travail 20 correspondante. En particulier, l'entrée d'admission dans chaque cavité de travail s'effectue à travers un canal ménagé dans le corps de cylindre qui débouche dans ladite cavité de travail au niveau d'une extrémité de la base du lobe définie par la cavité de travail correspondante et l'échappement des gaz s'effectue par un canal ménagé dans le corps de cylindre qui débouche dans 25 ladite cavité de travail au niveau de l'extrémité opposée de la base du lobe.
Comme illustré aux figures 1 à 3, la forme de la section transversale du corps 30 du rotor 3 est inscrite dans la forme de la section transversale de la chambre de cylindre 2. La chambre de cylindre 2 présente une section 30 transversale à trois lobes décalés angulairement de 120° par rapport à l'axe de rotation du rotor 3 pour définir lesdites cavités de travail 4, 5, 6. Autrement dit, la section transversale de la chambre de cylindre 2 présente une section transversale proche d'un triangle équilatéral dont les sommets sont arrondis de manière à permettre une course continue et régulière des pales 31 contre la paroi 20 de la chambre de cylindre. Comme rappelé ci-dessus, les côtés du triangle sont tangents au cercle formé en section transversale par la périphérie extérieure du corps cylindrique du rotor.
L'extrémité extérieure de chaque pale 31, c'est-à-dire l'extrémité de chaque pale destinée à venir en contact avec la paroi des cavités de travail, est apte à être rapprochée et écartée de la périphérie externe du corps 30 du rotor 3, de manière à suivre le profil de la paroi 20 de la chambre de cylindre 2 au cours io de la rotation du rotor, et de manière à pouvoir s'escamoter en affleurement de la périphérie externe du corps 30 du rotor, lorsque ladite pale 31 passe d'une cavité de travail à une autre, au niveau de la zone dans laquelle le corps de rotor tangente la paroi de la chambre de cylindre.
15 De manière générale, les cavités de travail 4, 5, 6 sont réparties angulairement autour de l'axe de rotation de manière régulière. Autrement dit, les cavités de travail sont espacées angulairement les unes des autres sensiblement d'un même angle. En outre, avantageusement, les cavités de travail s'étendent chacune sensiblement sur un secteur angulaire de même valeur d'angle. 20 Ledit corps 30 du rotor 3 présente une pluralité de logements radiaux 12, débouchant à l'extérieur dudit corps, à l'intérieur desquels lesdites pales 31 sont montées coulissantes.
25 Lesdites pales 31 sont équipées de moyens de rappel 8 en position écartée ou sortie par rapport au corps du rotor 3 de sorte que lesdites pales 31 sont maintenues en contact avec la paroi 20 de la chambre de cylindre 2 au cours de la rotation du rotor 3. Ainsi, l'extrémité ou le bord extérieur de chaque pale 31 peut glisser le long de la paroi 20 de la chambre de cylindre 2. 30 Comme illustré plus particulièrement aux figures 4, 9 et 10, ledit corps 30 du rotor 3 est un corps 30 creux formé par un axe tubulaire et les logements radiaux 12 des pales débouchent dans la partie creuse 83 dudit corps. Lesdits 25 30 moyens de rappel 8 sont formés par un volume d'huile qui occupe ladite partie creuse 83 du rotor 3 de manière à communiquer avec lesdits logements radiaux 12 dans lesquelles coulissent les pales 31 pour exercer sur celles-ci un effort de pression les rappelant en contact avec la paroi 20 de la chambre de cylindre. Le maintien sous pression de l'huile peut s'effectuer comme illustré à la figure 9 à l'aide d'une cartouche de gaz comprimé 81 qui maintient sous pression un circuit d'huile qui communique avec la partie creuse 83 du corps du rotor. En particulier, le circuit d'huile comprend une réserve 80 qui communique avec le passage 83 via un circuit d'alimentation en huile qui traverse le flasque 11 pour déboucher dans l'espace 83 ménagé à l'intérieur du rotor. Des moyens d'étanchéité 84 sont prévus entre le flasque 11 et le circuit d'huile.
En variante, les moyens de rappel peuvent être formés par des ressorts de rappel.
Différentes configurations du moteur selon l'invention sont envisageables. En particulier, le moteur peut être configuré de manière à exploiter toute différence de température d'un milieu en utilisant une source froide pour alimenter en gaz les cavités de travail et une source chaude pour alimenter ou former les moyens de chauffage des cavités de travail.
Au niveau de l'habitat, la source froide peut être formée par l'air froid extérieur, en particulier l'hiver, et la source chaude peut être formée par l'air chaud d'un local chauffé, notamment dans le cadre de la ventilation mécanique contrôlée.
Au niveau d'un ballon d'eau chaude, on peut prévoir que le carter moteur ou corps du stator soit chauffé par résistances électriques, formant ladite source chaude, qui réchauffent également l'eau du ballon pour la production d'eau chaude sanitaire. La source froide est alors l'air extérieur.
Au niveau du chauffage central, il est possible de récupérer les hautes températures des fumées de combustion des chaudières pour former la source chaude, la source froide restant l'air extérieur.
Comme expliqué ci-après, il est possible de configurer les moyens de chauffage du moteur de manière à récupérer les calories du circuit de refroidissement et/ou des gaz d'échappement d'un moteur thermique (ou moteur à explosion).
La source froide du moteur selon l'invention est généralement l'air ambiant ou refroidi mais peut être toute autre source gazeuse.
Dans le cas d'un moteur pour véhicule automobile, les moyens d'admission 41 sont de préférence des moyens d'admission d'air raccordés à un circuit d'admission d'air classique.
Comme illustré plus particulièrement à la figure 1, le rotor 3 qui forme l'arbre moteur peut être couplé à un ou plusieurs autres arbres ou éléments rotatifs 10 de manière à actionner des accessoires tels que alternateur, pompe à eau ou compresseur.
Ledit moteur selon l'invention est équipé de moyens de pilotage des moyens d'admission 41 pour piloter les cycles d'allumage (ou cycle de fonctionnement) du moteur. Ces moyens de pilotage comprennent de manière classique un système électrique et/ou informatique, tel qu'un calculateur, associé à un dispositif de régulation du débit d'admission formant partie des moyens d'admission.
Préférentiellement, les moyens de pilotage sont également configurés pour réguler le débit des gaz à l'échappement via le pilotage d'un dispositif de régulation du débit d'échappement formant partie des moyens d'échappement. En particulier, on peut prévoir de réduire le débit d'échappement des gaz expansés pour freiner l'arbre moteur formé par le corps du rotor. Ainsi, le moteur à air peut être un puissant ralentisseur ou même un puissant moyen de freinage de l'arbre moteur, en particulier dans le cas d'un ensemble de motorisation hybride, détaillé ci-après, formé d'un moteur à air et d'un moteur à explosion. Il est également prévu d'équiper chaque pale 31 montée coulissante le long de son logement 12 de moyens de rattrapage du jeu latéral qui peut apparaître entre ledit logement et ladite pale. Ces moyens de rattrapage peuvent être formés par des ressorts 9 de rattrapage de jeu ou encore des aiguilles de guidage. Comme illustré à la figure 6, on peut prévoir que chaque pale 31 soit équipée à son extrémité extérieure de galets ou rouleaux 31B. En variante, comme illustré à la figure 7, on peut prévoir que les galets soient remplacés par des roues dentées 31B' ou engrenages qui coopèrent avec des éléments dentés 20A, de type crémaillère, situés sur la paroi 20 de la chambre de cylindre 2 balayée par les pales 31.
On peut en outre prévoir que la partie externe 31A de la pale s'étende sur une largeur supérieure au reste de la pale (voir figures 5, 8A et 9) de sorte que les extrémités latérales de cette partie externe de la pale peuvent être engagées chacune dans une gorge 11A ménagée dans les flasques 11 autour de l'axe de rotation pour que la gorge 11A coopère avec l'extrémité correspondante de la partie externe afin de former un rail de guidage de la pale 31 au cours de sa rotation et de son passage d'une cavité de travail 4, 5, 6 à une autre.
Avantageusement, les pales comportent des éléments de renforts, de 25 préférence situés du côté destiné à être orienté vers la zone d'échappement de la cavité de travail lors de l'expansion du gaz.
Pour chaque cavité de travail 4, 5, 6, les moyens d'admission peuvent être formés d'une pluralité d'entrées (ou points) de gaz réparties suivant la longueur 30 de la cavité de travail prise selon la direction de l'axe de rotation. Le nombre de points d'admission est choisi en fonction de la cylindrée du moteur. L'étendue longitudinale des cavités de travail suivant l'axe de rotation permet de multiplier les points d'admission de manière à optimiser l'expansion du gaz dans la cavité 14 de travail.
Le moteur selon l'invention décrit ci-dessus permet de mettre en oeuvre le procédé de fonctionnement suivant.
Pour chaque cavité de travail 4, 5, 6, l'admission de gaz - ici de l'air - est déclenchée lorsqu'une pale 31 s'étend dans la cavité de travail entre l'admission et l'échappement, de manière à introduire le gaz dans une zone de la cavité de travail isolée des moyens d'échappement. Ladite pale, dite pale aval, en amont de laquelle est admis le gaz, définit, comme expliqué ci-dessus, avec la pale située en amont, dite pale amont, une chambre de travail à l'intérieur de la cavité de travail. Au moment de l'admission dudit gaz, ladite pale amont peut être dans une position hors de la cavité de travail ou dans ladite cavité de travail. Au moment de l'admission, le gaz admis est isolé de l'orifice d'échappement par la pale aval qui s'étend en travers de la cavité de travail. Après expansion, le gaz contenu entre les pales 31 amont et aval est déplacé en direction de l'échappement par rotation des pales du fait de l'expansion du gaz et de l'inertie de rotation.
Préférentiellement, l'admission du gaz et donc son expansion sont déclenchées lorsque la pale aval est située au, ou au voisinage du, sommet du lobe.
Avantageusement, dans une configuration à six pales comme illustré à la figure 2, le moteur est configuré de sorte que la pale qui est située en amont de la pale poussée par le gaz expansé vient se positionner en aval de l'admission d'air, ce qui permet d'isoler l'admission par rapport au gaz expansé et de démarrer une nouvelle admission. Comme illustré à la figure 3, un rotor à huit pales permet de configurer le moteur de sorte qu'au cours de l'expansion du gaz deux pales soient présentes dans la cavité, ce qui permet d'exploiter le travail des deux pales qui entrainent le gaz expansé, confiné dans ladite chambre de travail définie par lesdites pales amont et aval, vers les moyens d'échappement en autorisant une nouvelle admission en amont de ladite pale amont une fois que ladite pale amont a dépassé les moyens d'admisison. 15 La forme en lobe permet de s'assurer que la pale amont s'étende sur une hauteur moins importante que la pale aval au moment de l'expansion, et ainsi que la pale aval offre une plus grande surface de poussée que la pale amont, s ce qui permet de s'assurer que le rotor tourne dans le sens souhaité.
Il est également possible de réaliser un ensemble de motorisation formé de plusieurs moteurs alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants. Lesdits rotors des moteurs sont couplables et de préférence désacouplables 10 les uns par rapport aux autres de sorte que, à l'état couplé, l'ensemble des rotors forme un seul arbre moteur de l'ensemble de motorisation.
Préférentiellement, comme illustré à la figure 12, au moins deux des moteurs sont configurés de telle sorte que les lobes de la chambre de cylindre 2 d'un 15 moteur soient décalés angulairement par rapport aux lobes de la chambre de cylindre 2 de l'autre moteur d'un angle sensiblement égal à la moitié de l'angle pris entre les sommets de deux lobes successifs dudit autre moteur. Ainsi, chaque cavité de travail 4, 5, 6 d'un moteur se retrouve en opposition d'une cavité de travail de l'autre moteur par rapport à l'axe de rotation des rotors. 20 Ledit ensemble est équipé de moyens de pilotage des moyens d'admission 41. Lesdits moyens de pilotage sont configurés pour exécuter un cycle de fonctionnement selon lequel l'admission et l'expansion du gaz est déclenchée simultanément dans une cavité de travail d'un moteur et dans la cavité de 25 travail opposée de l'autre moteur par rapport à l'axe de rotation. Un tel cycle d'allumage des moteurs permet d'augmenter et d'équilibrer le couple transmis par l'expansion du gaz à l'arbre moteur et ainsi d'équilibrer la vitesse de rotation de l'arbre moteur en diminuant les risques de cisaillement dudit arbre.
30 Il est également possible de concevoir un ensemble de motorisation formé d'au moins un moteur à air tel que décrit ci-dessus et d'un moteur à explosion comme détaillé ci-dessous.
Ledit moteur à explosion (non représenté) présente une structure similaire à celle du moteur à air décrit ci-dessus. En particulier, ledit moteur à explosion comprend un corps formant stator qui délimite une chambre dite de cylindre, et un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre. De même que pour le moteur à air, la paroi de la chambre de cylindre du moteur à explosion présente une section transversale multi-lobée et chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail.
Le rotor comprend une pluralité de pales qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor. Chaque cavité de travail du moteur à explosion est pourvue de moyens d'admission de comburant, de moyens d'injection de carburant et de moyens d'échappement des gaz brûlés.
Les moyens de chauffage 7 du moteur à air sont configurés pour récupérer au moins une partie des calories issues de l'explosion du mélange combustible dans les cavités de travail du moteur à explosion. En particulier, comme rappelé ci-dessus, un circuit de passage de fluide peut être ménagé à l'intérieur du stator du moteur à air de telle sorte que ledit circuit passe à proximité des cavités de travail dudit moteur à air. Le chauffage des cavités de travail s'effectue alors par conduction thermique entre le fluide qui traverse ledit circuit et la paroi de la chambre de cylindre du moteur à air. Ledit fluide peut être formé par les gaz d'échappement du moteur à explosion. II est également possible de prévoir que les moyens de chauffage du moteur à air soient configurés pour récupérer les calories dégagées par le circuit de refroidissement du moteur à explosion.
Avantageusement, les moyens d'admission d'air du moteur à explosion sont alors configurés pour récupérer l'air évacué par les moyens d'échappement 43 du moteur à air.
Quel que soit le mode de réalisation envisagé, lesdits moteurs de l'ensemble de motorisation sont de préférence alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants et lesdits rotors sont de préférence couplables et désaccouplables. Ainsi, l'un ou plusieurs des moteurs de l'ensemble de motorisation peuvent être désaccouplés des autres moteurs pour faire varier le régime de fonctionnement de l'ensemble de motorisation et adapter la puissance de l'ensemble de motorisation. i0 Comme rappelé ci-dessus, l'air introduit dans la cavité de travail par les moyens d'admission d'air du moteur à air est de préférence de l'air comprimé. Dans le cas où ledit air arrive non comprimé, il est prévu d'amorcer la rotation par un système extérieur tel qu'un alternateur. L'ensemble de motorisation peut 15 d'ailleurs comprendre en outre un moteur électrique dont l'arbre moteur est monté couplable/désaccouplable aux rotors des autres moteurs pour, à l'état couplé, formé un même arbre moteur.
Le couplage de moteurs entre eux permet de proposer un ensemble moteur de 20 cylindrée et de puissance variables.
La figure 11 illustre la conception géométrique de la forme de la chambre de cylindre et du corps du rotor qui permettent de définir les cavités de travail. Ainsi, la forme du moteur en coupe transversale est réalisée géométriquement 25 à partir de trois triangles équilatéraux Ti, T2, T3 dont la base du deuxième triangle T2 est le double de celle du premier triangle Ti et celle du troisième triangle T3 une fois et demi celle du premier Ti. Les hauteurs des trois triangles Ti, T2, T3 se superposent et les trois axes de symétrie de chaque triangle se croisent en un point formant le centre d'un cercle CE dont le rayon 30 est égal à la distance entre le centre ainsi défini et la base du troisième triangle T3. La distance entre les pointes du premier et du deuxième triangle Ti, T2 définit le rayon de trois cercles CA, CB, CC de centre passant par les sommets du triangle Ti. La partie des côtés du troisième triangle T3 qui vient tangenter 18 les trois cercles CA, CB, CC et les arcs de ces cercles qui relient les côtés dudit triangle T3 définissent la forme géométrique du moteur et le cercle CE le diamètre du corps du rotor. On peut donner une forme ovoïde à l'ensemble des cavités ainsi formées en jouant sur leur hauteur pour gagner en volume et donc en cylindrée. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Moteur comprenant : - un corps formant stator (1) qui délimite une chambre dite de cylindre (2), - un rotor (3) présentant un corps (30) cylindrique monté mobile à rotation autour de son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre (2), la paroi (20) de la chambre de cylindre (2) étant une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor (3) une cavité dite de travail (4, 5, 6) pourvue de moyens d'admission (41) de gaz et de moyens d'échappement (43) io de gaz, le rotor (3) comprenant une pluralité de pales (31) qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi (20) de la chambre de cylindre (2), et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps (30) du rotor (3) de telle sorte que chaque pale (31) est apte à être maintenue en contact avec la paroi (20) de la chambre 15 de cylindre au cours de la rotation du rotor, caractérisé en ce que le moteur comprend des moyens de chauffage (7) des cavités de travail (4, 5, 6) permettant au gaz admis dans au moins l'une des cavités de travail (4, 5, 6) de s'expanser pour faire tourner le rotor (3). 20
  2. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage (7) des chambres de travail (4, 5, 6) sont formés par un circuit de circulation de fluide qui est ménagé dans le corps du stator à proximité des cavités de travail et qui, de préférence, entoure la chambre de cylindre (2). 25
  3. 3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (30) du rotor (3) est inscrit dans la chambre de cylindre (2).
  4. 4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi multi-lobée de la chambre de cylindre (2) présente trois lobes décalés 30 angulairement de 120° par rapport à l'axe de rotation du rotor (3).
  5. 5. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites pales (31) sont équipées de moyens de rappel (8) en position sortie par 20rapport au corps du rotor (3) de sorte que lesdites pales (31) sont maintenues en contact avec la paroi de la chambre de cylindre (2) au cours de la rotation du rotor (3).
  6. 6. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit corps (30) cylindrique du rotor comprenant une cavité (83), de préférence centrale et axiale, et une pluralité de logements radiaux (12) ouverts à l'extérieur dudit corps (30) et débouchant dans ladite cavité (83) dudit corps (30), lesdites pales (31) sont montées coulissantes à l'intérieur des logements radiaux (12) et lesdits moyens de rappel (8) sont formés par un volume d'huile occupant ladite cavité (83) dudit corps (30) cylindrique du rotor, ledit volume d'huile étant apte à se répartir dans chacun desdits logements en fonction de la position de la pale (31) correspondante.
  7. 7. Ensemble de motorisation comprenant une pluralité de moteurs, au moins l'un des moteurs étant conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moteurs sont alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants, lesdits rotors des moteurs étant couplables et, de préférence, désacouplables les uns par rapport aux autres.
  8. 8. Ensemble de motorisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins deux des moteurs sont configurés de telle sorte que les lobes de la chambre de cylindre (2) d'un moteur sont décalés angulairement par rapport aux lobes de la chambre de cylindre (2) de l'autre moteur d'un angle sensiblement égal à la moitié de l'angle pris entre les sommets de deux lobes successifs de l'un quelconque des moteurs.
  9. 9. Ensemble de motorisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, ledit ensemble étant équipé de moyens de pilotage des moyens 30 d'admission (41) de gaz, lesdits moyens de pilotage sont configurés pour exécuter un cycle de fonctionnement selon lequel le gaz admis s'expanse simultanément dans une cavité de travail d'un moteur et dans la cavité de travail de l'autre moteur quiest diamétralement opposée et décalée axialement par rapport à l'axe de rotation.
  10. 10. Ensemble de motorisation comprenant au moins un moteur, dit à air, selon l'une des revendications 1 à 6, du type dans lequel le gaz admis est de l'air, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend en outre un moteur, dit moteur à explosion, comprenant : - un corps formant stator (1) qui délimite une chambre dite de cylindre, - un rotor présentant un corps cylindrique monté mobile à rotation autour de lo son axe à l'intérieur de ladite chambre de cylindre, la paroi de la chambre de cylindre étant une paroi multi-lobée dont chaque lobe forme avec le corps du rotor une cavité dite de travail, le rotor comprenant une pluralité de pales qui s'étendent radialement par rapport audit axe de rotation, en direction de la paroi de la chambre de cylindre, 15 et qui sont montées mobiles à coulissement radialement par rapport au corps du rotor de telle sorte que chaque pale est apte à être maintenue en contact avec la paroi de la chambre de cylindre au cours de la rotation du rotor, au moins une, de préférence chaque, cavité de travail étant pourvue, d'une part, de moyens d'admission d'air et de moyens d'injection de carburant pour 20 former dans ladite cavité de travail un mélange combustible, et, d'autre part, de moyens d'échappement des gaz brulés, en ce que les moyens de chauffage (7) du moteur à air sont configurés pour récupérer au moins une partie des calories issues de l'explosion du mélange combustible dans les cavités de travail du moteur à explosion, 25 et en ce que, de préférence, les moyens d'admission d'air du moteur à explosion sont configurés pour récupérer l'air évacué par les moyens d'échappement (43) du moteur à air, lesdits moteurs étant de préférence alignés selon l'axe de rotation des rotors correspondants et lesdits rotors étant de préférence couplables et 30 désacouplables.
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